Разгадывая загадку, Танис и ее команда предоставили новые ключи к разгадке потенциального воздействия диеты на болезнь Альцгеймера, ужасное дегенеративное заболевание мозга, от которого страдают более 6 миллионов американцев.Несколько лет назад Танис и ее команда начали исследовать факторы, влияющие на возникновение и прогрессирование болезни Альцгеймера.
Они проводили генетические исследования C. elegans, крошечного почвенного червя, который является предметом многочисленных исследований.Экспрессия бета-амилоида, токсичного белка, вызывающего болезнь Альцгеймера, парализует червей в течение 36 часов после того, как они достигают зрелого возраста.
В то время как черви в одной чашке Петри в лаборатории Таниса были полностью неподвижны, черви того же возраста в соседней чашке Петри все еще двигались, что было задокументировано учеными как «изгибы тела».«Это было наблюдение, которое сделала моя магистрантка Кирстен Кервин», — сказал Танис, доцент кафедры биологических наук UD. «Она повторяла эксперимент снова и снова, с теми же результатами».По словам Таниса, после многих лет исследований команда наконец обнаружила важное отличие.
Хотя все черви были выращены на диете из кишечной палочки, оказалось, что один штамм кишечной палочки имел более высокий уровень витамина B12, чем другой. Хотя в то время работа Танис была сосредоточена на генетических факторах, она направила свои исследования на изучение этого витамина и его защитной роли.Учимся у червей
C. elegans — нематода, тонкий, прозрачный червь длиной около миллиметра, который живет в почве, где питается бактериями. С 1970-х годов этот червь рассматривался как модельный организм, предмет многочисленных исследований, потому что это гораздо более простая система, чем человечество, для изучения клеточной биологии и болезней.«Как люди, мы обладаем огромным генетическим разнообразием и такими сложными диетами, что очень сложно понять, как один диетический фактор влияет на начало и прогрессирование болезни Альцгеймера», — сказал Танис. «Вот где удивительные черви.
Все черви, которые мы используем, имеют точно такой же генетический фон, они реагируют на бета-амилоид, как люди, и мы можем точно контролировать то, что они едят, так что мы действительно можем перейти к действующим молекулярным механизмам. . "В мозге людей, страдающих болезнью Альцгеймера, накопление бета-амилоида с годами вызывает токсические эффекты в клетках, что приводит к снижению энергии, фрагментации митохондрий — электростанций клеток и окислительному стрессу из-за избытка свободных радикалов. По словам Таниса, то же самое происходит с C. elegans, но в течение нескольких часов.
Бета-амилоид вызывает паралич у червей.«Показания черные или белые — черви либо движутся, либо нет», — сказал Танис. «Когда мы давали витамин B12 червям с дефицитом витамина B12, паралич наступал гораздо медленнее, что сразу же подсказывало нам, что B12 полезен. Черви с B12 также имели более высокий уровень энергии и более низкий окислительный стресс в их клетках».Команда определила, что витамин B12 работает с помощью особого фермента, называемого метионинсинтаза.
По словам Таниса, без этого фермента B12 не имеет никакого эффекта. Кроме того, добавление витамина в рацион работало только в том случае, если животные испытывали дефицит B12.
Давать больше B12 животным со здоровым уровнем никоим образом не помогает. Команда также показала, что витамин B12 не влияет на уровень бета-амилоида у червей.Сила команды ТанисаТанис благодарит своих учеников за их упорный труд и вклад.
Первый автор исследовательской статьи, Энди Лэм, имеет двойную степень в UD — доктор биологических наук и магистр делового администрирования. Он провел годы, работая над лабораторными протоколами, важными для исследования. Он провел десятки и десятки экспериментов и много раз задокументировал наблюдения за ночь.Будущая цель — автоматизировать эти эксперименты с помощью высокопроизводительной системы в Центре биографических изображений UD в сочетании с анализом глубокого обучения для определения того, движутся ли черви или нет.
Это позволило бы команде быстрее изучить взаимосвязь между диетой и генетикой.«По сути, мы определили этот молекулярный путь и хотим посмотреть, что еще он активирует», — сказал Танис. «Может ли B12 быть защитным от множества нейродегенеративных заболеваний, таких как БАС и болезнь Паркинсона?
Мы изучаем этот вопрос».Кирстен Кервин окончила университет Калифорнии со степенью магистра и сейчас работает научным сотрудником в WuXi AppTec в Филадельфии, но именно ее проницательные наблюдения о C. elegans привели проект в действие.«Это первоначальное наблюдение открыло совершенно другой мир, — сказал Танис, — что в какой-то степени является историей моей исследовательской карьеры здесь, в UD.
Я приехал сюда, думая, что буду изучать одно, но теперь я изучаю другое. не было простым, но открыло совершенно новую область исследований, которой мы занимаемся ".«Мы», работающие над этим проектом, теперь включают двух аспирантов, научного сотрудника с докторской степенью, трех студентов бакалавриата и сотрудничают с Центром биовизуализации и несколькими лабораториями Университета штата Вашингтон.«В настоящее время не существует эффективного лечения болезни Альцгеймера», — сказал Танис. «Есть определенные факторы, которые вы не можете изменить — вы не можете изменить тот факт, что вы стареете, и вы не можете изменить генетическую предрасположенность к болезни Альцгеймера. Но одна вещь, которую вы можете контролировать, — это то, что вы едите.
Если бы люди могли изменить свой рацион, чтобы повлиять на начало болезни, это было бы фантастически. Это то, что моя лаборатория с нетерпением ждет продолжения исследования ».
Работа была поддержана грантами Исследовательского фонда Университета Делавэра и финансируемой NIH программой INBRE в Делавэре, где Танис был пилотным исследователем, а также грантом на добавление лекарств от болезни Альцгеймера, финансируемым NIH.